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使用集成FPGA的流程优化电机控制设计的详细资料说明
余诗宝
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本文档推荐一种设计流程，它在电机控制设计中利用了 Altera FPGA 强大的适应能力、精度可调 DSP 以及集成系统设计工具。工业电机驱动设备的设计人员可以充分发挥这一设计流程的性能、集成和效率优势。
在工业能耗中，三分之二以上的能耗来自工业电机驱动设备，因此，在工厂费用开支中，高效的电气特性是非常重要的因素。在电机驱动系统中采用速率可变驱动器 （VSD） 来替代传统的驱动器能够显著提高效率，能耗节省了近 40%。Altera 的 FPGA 体系结构具有图 1 所示的灵活性、性能、集成以及设计流程优势，是 VSD 系统的高效平台：
■ 调整性能——通过并行处理以及灵活的功能进一步提高各种类型电机的性能和效率。设计集成——在一片器件中集成嵌入式处理器、编码器接口、DSP 运动控制算法以及工业网络。
■ 灵活的设计——重新使用 IP，采用精度可调 DSP 模块。在控制通路的任意部分都可以实现定点或者浮点精度。
■ 确定性延时——在硬件中实现电机算法以及确定性操作。
功能强大而又流畅的工具——使用 Simulink 等建模工具，结合 Altera 的 DSP Builder 以及 Qsys 或者 SOPC Builder 通用集成工具，优化低成本 FPGA 中的全电机系统。虽然通常使用商用微控制器 （MCU） 或者数字信号处理器 （DSP） 来实现处理和控制环，监控负载并调整位置、速度和其他驱动功能，但是，微控制器不够灵活，在性能上也有限制。在算法非常复杂的系统中，需要较高的 MIPS 处理能力，这些缺点尤其明显。而且，在软件中编写代码很难实现硬件最优系统。
同样的，虽然高端 DSP 一般能够处理电机控制计算功能，但是，高端 DSP 并不适用于需要同时处理高精度时间运算以及面向任务运算的系统，例如，存储器接口、信号接口和滤波，或者支持工业以太网协议标准等。
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